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为了获取综合性能优良的纤维基非均相Fenton反应催化剂,并促进对废旧羊毛纤维的回收再利用,本课题从金属离子的性质、染色模拟废旧羊毛纤维和羊毛纤维直径及鳞片结构三个方面出发,通过羊毛纤维与金属离子之间的配位反应构建了羊毛纤维金属配合物(M-Wool,M=Fe3+和/或Cu2+),并将其作为非均相Fenton反应催化剂应用于偶氮染料的氧化降解反应。此外,通过与蚕丝纤维对比研究进一步考察了羊毛金属配合物的光催化活性。研究结果表明:
(1)羊毛纤维大分子中的羧基和氨基等可与金属离子(Fe3+离子或Cu2+离子)发生配位反应形成M-Wool。金属离子初始浓度、反应温度及溶液pH值的提高均对配位反应具有正向促进作用,且不影响羊毛纤维的结晶度。Langmuir等温吸附方程、Freundlich等温吸附方程和准二级动力学方程能够很好地描述该配位反应过程。在相同的反应条件下,羊毛纤维对Fe3+离子的亲和力优于Cu2+离子。
(2)羊毛纤维直径与鳞片结构对其与金属离子配位反应及其配合物催化性能均产生影响。其中,对配合反应起主导影响作用的是鳞片厚度,较薄的鳞片层有助于获得更高的Fe3+离子平衡配合量;而采用不同染料染色的模拟废旧羊毛纤维与Fe3+离子发生配位反应时其铁配合量不及未染色羊毛纤维。对催化性能起主导影响作用的是直径大小,相近配合量时较小直径的Fe-Wool催化活性和重复利用性更好。
(3)增加M.Wool的金属离子配合量能明显改善催化活性,M-Wool可多次重复使用,且在无机盐及碱性条件下其仍具有较好的催化活性。Fe-Cu-Wool能表现出更好的光催化活性和碱耐受性。染色羊毛纤维铁配合物的催化性能随着纤维表面染料浓度的增加而下降,但基本不受染料结构的影响。
(4)蚕丝纤维与Fe3+离子的配位反应较难进行,只能获得较低的配合量。在相同条件下,蚕丝纤维铁配合物的催化效率更快,但其pH值适用性和重复利用性不及羊毛纤维铁配合物。
(1)羊毛纤维大分子中的羧基和氨基等可与金属离子(Fe3+离子或Cu2+离子)发生配位反应形成M-Wool。金属离子初始浓度、反应温度及溶液pH值的提高均对配位反应具有正向促进作用,且不影响羊毛纤维的结晶度。Langmuir等温吸附方程、Freundlich等温吸附方程和准二级动力学方程能够很好地描述该配位反应过程。在相同的反应条件下,羊毛纤维对Fe3+离子的亲和力优于Cu2+离子。
(2)羊毛纤维直径与鳞片结构对其与金属离子配位反应及其配合物催化性能均产生影响。其中,对配合反应起主导影响作用的是鳞片厚度,较薄的鳞片层有助于获得更高的Fe3+离子平衡配合量;而采用不同染料染色的模拟废旧羊毛纤维与Fe3+离子发生配位反应时其铁配合量不及未染色羊毛纤维。对催化性能起主导影响作用的是直径大小,相近配合量时较小直径的Fe-Wool催化活性和重复利用性更好。
(3)增加M.Wool的金属离子配合量能明显改善催化活性,M-Wool可多次重复使用,且在无机盐及碱性条件下其仍具有较好的催化活性。Fe-Cu-Wool能表现出更好的光催化活性和碱耐受性。染色羊毛纤维铁配合物的催化性能随着纤维表面染料浓度的增加而下降,但基本不受染料结构的影响。
(4)蚕丝纤维与Fe3+离子的配位反应较难进行,只能获得较低的配合量。在相同条件下,蚕丝纤维铁配合物的催化效率更快,但其pH值适用性和重复利用性不及羊毛纤维铁配合物。